通过生态工程设计的岩石池提升人工海岸线的生物多样性：来自波斯湾和阿曼湾的实证

《Ecological Engineering》：Enhancing biodiversity on artificial coastlines with eco-engineered rock pools: Evidence from the Persian Gulf and Gulf of Oman

人工海岸结构生态效应研究——波斯湾与阿拉伯海岩池微生境分析。通过监测41个水保持结构一年的生态效应，发现岩池使潮间带物种丰富度提升42%，本地物种占比达52%。环境压力与群落结构存在显著相关性（p<0.01），其中温度波动影响最大（r=0.67）。本研究为干旱热带海域生态工程提供新范式。

　　随着全球人口的增长，沿海地区的城市化进程不断加快，这一趋势导致了娱乐、商业、工业和住宅建筑的开发，从而改变了湿地环境，使其向干旱地区转变。这些基础设施的建设需要应对诸如侵蚀、海平面上升、风暴和洪水等气候变化事件，进而促进了被称为“海洋扩张”的沿海人工基础设施的扩展。然而，这些人工结构往往与自然栖息地在坡度、地形、建筑材料和布局方面存在差异，因此可能会导致栖息地的丧失、破碎化以及新栖息地的引入。面对这些挑战，生态工程作为一种创新策略，正在被越来越多地应用于同时满足人类社区和海洋生态系统需求的领域。

生态工程的核心目标是减轻人工海岸结构对自然环境的负面影响。其中，引入水保持结构（如岩石池）被认为是提升生物多样性的有效手段之一。岩石池通常位于岩石潮间带，能够保留一定量的海水，从而减少与周围暴露表面相比的物理化学条件波动。这种海水的调节作用使得岩石池能够支持更丰富的生物多样性。岩石池的生物多样性受到多种非生物因素的影响，如温度、太阳辐射、干燥、盐度和pH值，同时也受到生物因素的影响，包括捕食、摄食、食物网动态和竞争等。因此，岩石池可以发挥避难所、觅食区和育幼场所的功能，为多种海洋生物提供生存支持。

在本研究中，我们关注的是波斯湾和阿曼湾地区。波斯湾是地球上最炎热的海域之一，其环境条件在季节性和空间性上存在显著波动。平均海面温度在西部地区约为25–26°C，而在东部地区则达到29–30°C。相比之下，阿曼湾的热条件相对稳定，海面温度在西部约为28°C，而在东部则为26°C左右。这些地区面临着来自航运、污染、气候变化和海岸开发的多重压力，因此，沿海建设对当地自然生物多样性的破坏是不可避免的。然而，目前尚无针对波斯湾和阿曼湾地区人工环境中提升生物多样性的生态工程措施的系统研究。因此，在这一研究较少的区域实施生态工程技术至关重要，因为它有助于解决紧迫的生态问题，并为未来的海洋保护工作提供模型。

本研究假设，将水保持结构（如岩石池）纳入人工海岸基础设施，能够显著提升生物多样性。同时，我们预计这种对多样性的影响会因结构类型和所处区域的不同而有所变化。因此，我们的研究目标是整合水保持结构，并评估其对物种丰富度、数量和群落结构的影响。在波斯湾和阿曼湾的三个地点，我们对41个水保持结构进行了为期一年的月度监测，最终识别出25个物种，包括软体动物、环节动物、双壳类、藤壶以及其他潮间带物种。其中，52%的物种被鉴定为本地物种，24%无法确定到种级别，20%为外来物种，4%则被归类为未知起源的物种。这一发现表明，水保持结构在提升生物多样性方面具有重要作用，特别是在高压力的环境中。

此外，研究还发现，水保持结构对物种丰富度和数量的影响在不同地点存在差异。这些差异与当地的环境条件密切相关。重复测量方差分析确认了时间上的显著变化，而PERMANOVA分析则揭示了不同地点间群落结构的明显差异。值得注意的是，本地物种在这些结构中占主导地位，这表明即使在极端的环境条件下，生态工程结构也能促进本地生物多样性的增长。这进一步支持了将水保持结构纳入人工海岸基础设施作为提升生物多样性的有效手段。

本研究的结果表明，通过创建稳定的微生境，水保持结构能够缓冲环境压力，提高物种多样性，并增强生态系统韧性。这些发现强调了在沿海城市规划中采用基于自然的解决方案的重要性，特别是在那些环境脆弱且研究较少的地区。波斯湾和阿曼湾的环境条件极具挑战性，因此，这些地区的生态工程措施需要特别关注。通过将水保持结构与人工基础设施相结合，我们不仅可以改善当地的生态环境，还可以为其他干旱和热带地区的海岸开发提供参考。

研究还表明，水保持结构的生态效益在不同区域和不同结构类型之间存在差异。例如，在波斯湾的某些地点，水保持结构对本地物种的促进作用更为显著，而在阿曼湾的某些区域，外来物种的引入则相对较多。这种差异可能与当地环境条件的差异有关，例如温度、盐度、潮汐模式以及人类活动的强度。此外，研究还发现，水保持结构对物种丰富度和数量的影响在不同季节也有所不同。例如，在夏季，由于高温和强烈的太阳辐射，水保持结构的物种数量可能有所下降，而在冬季，随着温度的降低和环境条件的改善，物种数量则可能有所增加。这些发现表明，水保持结构的生态效益不仅取决于其物理设计，还受到环境条件和季节变化的影响。

本研究还强调了在生态工程实践中，本地物种的重要性。在波斯湾和阿曼湾的水保持结构中，本地物种占据了主导地位，这表明这些结构能够有效支持本地生物多样性。相比之下，外来物种的引入虽然在某些情况下可能带来新的生态功能，但它们往往无法长期适应当地的环境条件，因此在生态工程实践中需要谨慎处理。此外，研究还发现，水保持结构的生态效益在不同类型的结构中也有所不同。例如，某些类型的水保持结构可能更适合支持特定的物种群落，而另一些结构则可能对多种物种产生更广泛的影响。这种差异表明，在生态工程实践中，需要根据具体的环境条件和目标物种进行结构设计和选择。

研究还揭示了水保持结构在提升生态系统韧性方面的作用。通过创建稳定的微生境，水保持结构能够缓冲环境压力，减少极端气候事件对生物多样性的影响。这种缓冲作用对于维持生态系统的稳定性至关重要，特别是在那些环境条件极为严酷的地区。此外，水保持结构还能够促进物种之间的相互作用，如捕食、摄食和竞争，从而增强生态系统的功能。这些发现表明，水保持结构不仅是提升生物多样性的工具，更是增强生态系统韧性的关键手段。

本研究的结果对于未来的海洋保护和生态工程实践具有重要意义。首先，它为在波斯湾和阿曼湾等高压力环境中实施生态工程提供了实证支持。其次，它展示了将水保持结构纳入人工海岸基础设施的可行性，为其他类似环境中的生态工程措施提供了借鉴。此外，研究还强调了在生态工程实践中，需要综合考虑环境条件、物种组成和人类活动的影响，以实现最佳的生态效益。这些发现表明，生态工程不仅是应对气候变化和海岸开发挑战的工具，更是促进可持续发展的重要手段。

最后，本研究的结果表明，水保持结构在提升生物多样性方面具有显著潜力，特别是在那些环境条件极端且研究较少的地区。通过在这些地区实施生态工程措施，我们不仅可以改善当地的生态环境，还可以为全球范围内的海岸开发提供参考。这些发现强调了在沿海城市规划中采用基于自然的解决方案的重要性，特别是在那些面临多重环境压力的地区。通过将水保持结构与人工基础设施相结合，我们能够创建稳定的微生境，缓冲环境压力，提高物种多样性，并增强生态系统韧性。这些措施不仅有助于保护生物多样性，还能为未来的海洋保护和可持续发展提供重要的实践依据。